第十-第十一章吸光光度分析法课件.ppt
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1、第十一章第十一章 吸光光度分析法吸光光度分析法化学分析法总结化学分析法总结酸碱滴定法配位滴定法氧化-还原滴定法沉淀滴定法重量分析法化学分析法的特点化学分析法的特点?化学分析化学分析(Chemical analysis):常量组分常量组分(1%),Er 0.1%0.2%依据化学反应依据化学反应,使用玻璃仪器使用玻璃仪器 仪器分析仪器分析(Instrumental analysis):微量组分微量组分(Ev(0.051eV)Er(0.0050.05eV)电子能级的跃迁电子能级的跃迁 当用当用可见光或紫外光可见光或紫外光照射分子时,价电子可照射分子时,价电子可以跃迁产生吸收光谱,以跃迁产生吸收光谱,
2、在电子能级变化的同时在电子能级变化的同时,不可避免地伴随分子,不可避免地伴随分子振动和转动的能级变化振动和转动的能级变化。因此他包含了大量谱。因此他包含了大量谱线,并由于这些谱线的线,并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收重叠而成为连续的吸收带。带。分子的激发分子的激发(Excitation)E=E2 -E1=h 量子化量子化;选择性吸收;选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不同波长分子结构的复杂性使其对不同波长光光的吸收程度不同;的吸收程度不同;用不同波长的单色光照射,测吸收用不同波长的单色光照射,测吸收光的程度随光波长的变化光的程度随光波长的变化 吸收曲线与吸收曲线与最大吸收波长最大吸收波长
3、max(wavelength maximum)。M +h M*基态基态(ground state)激发态激发态(Excited state)E1 E E2苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱(Absorption spectra of benzene and toluene in cyclohexane)苯苯(254nm)甲苯甲苯(262nm)A 230 250 270 吸收曲线吸收曲线(absorption spectrum)的的讨论:讨论:1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为吸光度最大处对应的波长称为最
4、大吸收波长最大吸收波长(max)2)同一物质不同浓度的溶液,同一物质不同浓度的溶液,光吸收曲线形光吸收曲线形状相似,其最大吸收波长不变;但状相似,其最大吸收波长不变;但在一定波长在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时,性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时,只有在只有在max处测定吸光度,其灵敏度最高,因处测定吸光度,其灵敏度最高,因此,吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的此,吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。依据。3)不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均
5、不相同。光吸收曲线与物质特性有关,故据均不相同。光吸收曲线与物质特性有关,故据此可作为物质定性分析的依据。此可作为物质定性分析的依据。11.2.3 光吸收基本定律光吸收基本定律ItI0bdxI I-dIs1.朗伯定律朗伯定律(Lamberts law)2.比尔定律比尔定律(Beers law)A=k2cA=lg(I0/It)=k1b3 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律0tIT=I=10=10T-kbc-AA=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT=kbc1)T透光率透光率(Transmittance)A=kbcA 吸光度吸光度(absorbance)b 介质厚度介质厚度(length/cm)c
6、 浓度浓度(concentration)K 吸光系数吸光系数(absorptivity)2)吸光系数)吸光系数(Absorptivity)a的单位的单位:Lg-1cm-1当当c的单位用的单位用gL-1表示时,用表示时,用a表示,表示,Aabc 的单位的单位:Lmol-1cm-1当当c的单位用的单位用molL-1表示时,用表示时,用 表示表示.摩尔吸光系数摩尔吸光系数(Molar absorptivity)A bc 1%1cmE1%1cmE1%1cmE当当c的单位用的单位用g(100mL)-1表示时,用表示时,用 表示,表示,A bc,叫做比消光系数叫做比消光系数3)吸光度)吸光度(A)、透光率
7、透光率(T)与浓度与浓度(c)的关的关系系ATc=10-kbcTA=kbc线性关系线性关系吸光度与光程的关系吸光度与光程的关系 A=bc 检测器检测器b样品样品光源光源0.22吸光度吸光度光源光源检测器检测器0.00吸光度吸光度光源光源检测器检测器0.44吸光度吸光度b样品样品b样品样品吸光度与浓度的关系吸光度与浓度的关系 A=bc 吸光度吸光度0.00光源光源检测器检测器 吸光度吸光度0.22光源光源检测器检测器b 吸光度吸光度0.44光源光源检测器检测器b摩尔吸光系数摩尔吸光系数()的讨论的讨论1)吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数常数,可作为可作
8、为定性鉴定的参数定性鉴定的参数;2)不随浓度不随浓度c和光程长度和光程长度b的改变而改变的改变而改变。在在温度和波长等条件一定时,温度和波长等条件一定时,仅与吸收物质本身仅与吸收物质本身的性质有关,与待测物浓度无关;的性质有关,与待测物浓度无关;3)同一吸收物质在不同波长下的同一吸收物质在不同波长下的值是不同值是不同的。在最大吸收波长的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数,处的摩尔吸光系数,常以常以max表示。表示。max表明了该表明了该吸收物质最大限度吸收物质最大限度的吸光能力的吸光能力,也反映了光度法测定该物质可能也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。达到的最大灵敏度。摩尔吸光系
9、数摩尔吸光系数()的讨论的讨论4)max越大表明该物质的吸光能力越强,用光越大表明该物质的吸光能力越强,用光度法测定该物质的灵敏度越高。度法测定该物质的灵敏度越高。105:超高灵敏;超高灵敏;=(610)104:高灵敏;高灵敏;104*选择性好选择性好(Good selectivity)*显色剂在测定波长处无明显吸收。显色剂在测定波长处无明显吸收。*对照性好对照性好,max60 nm.*反应生成的有色化合物反应生成的有色化合物组成恒定,稳定。组成恒定,稳定。*显色条件易于控制,显色条件易于控制,重现性好重现性好。2.显色剂显色剂(Color reagents)无机显色剂无机显色剂:Fe(SCN
10、)2+,TiOH2O22+有机显色剂有机显色剂:11.5.1 显色反应显色反应(Color reactions)1)生色团(发色团)生色团(发色团)ONN,NO,OC=S,N (共轭双键)共轭双键)e 有机化合物:有机化合物:具有不饱和键和未成对电子具有不饱和键和未成对电子的基团产生的基团产生n*跃迁和跃迁和*跃迁跃迁,跃迁跃迁E较低较低注:注:当出现几个发色团共轭,则几个发色团所当出现几个发色团共轭,则几个发色团所产生的吸收带将消失,代之出现新的共轭吸产生的吸收带将消失,代之出现新的共轭吸收带,其波长将比单个发色团的吸收波长长,收带,其波长将比单个发色团的吸收波长长,强度也增强强度也增强2)
11、助色团助色团有机物:有机物:连有杂原子的饱和基团连有杂原子的饱和基团例:例:OH,OR,NH,NR2,X3)红移和蓝移红移和蓝移 由于化合物结构变化(共轭、引入助色团取由于化合物结构变化(共轭、引入助色团取代基)或采用不同溶剂后,代基)或采用不同溶剂后,吸收峰位置向长吸收峰位置向长波方向的移动,叫波方向的移动,叫红移红移(Bathochromic shift);吸收峰位置向短波方向移动,叫吸收峰位置向短波方向移动,叫蓝移蓝移(Hyptochromic sfift).4)增色效应和减色效应增色效应和减色效应 增色效应:增色效应:吸收强度增强的效应吸收强度增强的效应 减色效应:减色效应:吸收强度减
12、小的效应吸收强度减小的效应5)强带和弱带强带和弱带 max105 强带强带(Strong band)min103 弱带弱带(Weak band)有机显色剂有机显色剂CH3CCCH3 HON NOH NNOHCOOHSO3HOO型:型:NNNOH OHON型型:PARNH NHNSNS型型:双硫腙双硫腙NN型:型:丁二丁二酮肟酮肟邻二邻二氮菲氮菲磺基水杨酸磺基水杨酸11.5.2 显色条件的选择显色条件的选择cRcRcR1.显色剂用量显色剂用量(cM、pH一定一定)Mo(SCN)32+浅红浅红Mo(SCN)5 橙红橙红Mo(SCN)6-浅红浅红Fe(SCN)n3-n2.显色反应酸度(显色反应酸度(
13、cM、cR一定)一定)pH1pH仪器测量误差仪器测量误差%100lg434.0%100ln%100%10001.0TTTTTTAAccETdTr%100ln%100%100ln434.0lg1lgTTdTAdAcdcETTTbcAr浓度测量的相对误差与浓度测量的相对误差与T(或或A)的关系的关系1086420204060800.70.40.20.1AT%Err0.434lg(0.01)cTEcTTT(36.8)0.434实际工作中,应控制实际工作中,应控制T在在1070,A在在0.151.0之间之间例例1 邻二氮菲光度法测铁邻二氮菲光度法测铁,(Fe)=1.0 mg/L,b=2cm,A=0.3
14、8,计算计算 和和解:解:cFe=1.0 mg/L=1.010-3/55.85 =1.810-5 mol/L1%1cmE4-1-1-50.38=1.1 10 L molcm2 1.8 10 c=1.0 mg/L=1.010-3 g/1000mL =1.010-4g/100mLbc1%1cmAE=1%m431c-=0.38/2.0 10=1.9 10E1%1cm53=10=1.1 10/55.85=o1.9 10r E/M 11.7光度分析法的应用和其它吸光光度法光度分析法的应用和其它吸光光度法如如:单一组分测定单一组分测定金属离子金属离子:Fe-phen,Ni-丁二酮肟丁二酮肟,Co-钴试钴试
15、剂剂2)磷的测定磷的测定:DNA中含中含P9.2%,RNA中含中含P9.5%,可得核酸量可得核酸量.H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3=(NH4)3PO412MoO3+12NH4NO3+12H2O磷钼黄磷钼黄(小小)磷钼磷钼(V)蓝蓝(大大)Sn2+多组分的测定多组分的测定 x 1,y 1,x 2,y 2由由x,y标液标液 在在 1,2处分别测得处分别测得在 1处测组分处测组分x,在 2处测组分处测组分yb)在 1处测组分处测组分x;在在 2处测总吸处测总吸收收,扣除扣除x吸收吸收,可求可求yc)x,y组分不能直接测定组分不能直接测定A1=x 1bcx+y 1bcy(在 1处测
16、得处测得A1)A2=x 2bcx+y 2bcy(在 2处测得处测得A2)11.7.1 示差吸光光度法示差吸光光度法普通分光光度法一般只适于测定微量组分,普通分光光度法一般只适于测定微量组分,当待测组分含量较高时,将产生较大的误差。当待测组分含量较高时,将产生较大的误差。需采用需采用示差法示差法。即提高入射光强度,。即提高入射光强度,并采用浓并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。设:待测溶液浓度为设:待测溶液浓度为c cx x,标准溶液浓度为标准溶液浓度为c cs s(c cs s c cx x)。则:则:Ax=b cx,As=b cs=x s
17、=b(cx cs)=bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差标准溶液的吸光度之差。由标准曲线上查得。由标准曲线上查得相应的相应的c值,则待测溶液浓度值,则待测溶液浓度cx:cx=cs+c 示差法标尺扩展原理:示差法标尺扩展原理:普通法:普通法:cs的的T=10%;cx的的T=5%示差法:示差法:cs 做参比,调做参比,调T=100%则:则:cx的的T=50%;标尺扩展标尺扩展10倍倍11.7.2 双波长分光光度法双波长分光光度法 不需空白溶液作参比;但需要两个单不需空白溶液作参比;但需要两个单色器获得两束单色光色器获得两束单色光(1 1
18、和和2 2);以参以参比波长比波长1 1处的吸光度处的吸光度A A11作为参比,来作为参比,来消除干扰。消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。单波长法有所提高。双波长分光光度法双波长分光光度法A A A22 A A11 (22 11)b cb c 两波长处测得的吸光度差值两波长处测得的吸光度差值A与待测组分与待测组分浓度浓度c c成正比。成正比。11和和22分别表示待测组分分别表示待测组分在在1 1和和2 2处的摩尔吸光系
19、数。处的摩尔吸光系数。测量波长测量波长2 2和参比波长和参比波长1 1的选择与组合的选择与组合基本要求:基本要求:在选定的两个波长在选定的两个波长1 1和和2 2处待测组分的吸处待测组分的吸光度应具有足够大的差值。光度应具有足够大的差值。选定的波长选定的波长1 1和和2 2处干扰组分应具有相处干扰组分应具有相同吸光度,同吸光度,即:即:Ay=y=A y y22 A y y11=0=0故:故:Ax+y=x+y=A x=(x=(x2x2x1x1)bcbcx x此时:测得的吸光度差此时:测得的吸光度差A只与待测组分只与待测组分x x的浓的浓度呈线性关系,而与干扰组分度呈线性关系,而与干扰组分y y无
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